《地鐵與輕軌》課程報(bào)告--軟土地區(qū)地鐵盾構(gòu)隧道施工引起的地表沉降分析

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1、成　績評閱人日期中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院2012~2013學(xué)年度第二學(xué)期《地鐵與輕軌》課程報(bào)告學(xué)　　號02100578班　　級土木城市地下10-1班姓　　名姚建斌力學(xué)與建筑工程學(xué)院教學(xué)管理辦公室中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院《地鐵與輕軌》課程報(bào)告第6頁軟土地區(qū)地鐵盾構(gòu)隧道施工引起的地表沉降分析（中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院地下10-2班姚建斌）摘要：盾構(gòu)法作為在軟土地區(qū)修建地鐵隧道的一種重要手段，較其它施工方法有許多優(yōu)點(diǎn)，但仍不可避免地會對周圍土體及鄰近建筑物產(chǎn)生一定影響。本文針對盾構(gòu)施工對周圍土

2、體擾動(dòng)機(jī)理展開論述，分析了盾構(gòu)法對周圍土體擾動(dòng)的成因，討論了盾構(gòu)施工對周圍土體引起地面沉降的因素，并總結(jié)了國內(nèi)外盾構(gòu)施工引起土體變形研究方法，提出了盾構(gòu)施工附近建筑物沉降保護(hù)措施。關(guān)鍵詞：軟土地區(qū)；盾構(gòu)隧道；鄰近建筑物；沉降分析1引言我國自20世紀(jì)50年代起，伴隨著我國地下鐵路的迅猛發(fā)展，盾構(gòu)法施工也因具有地面作業(yè)少、適宜建造深埋隧道、對周圍環(huán)境影響小、自動(dòng)化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，盾構(gòu)施工方法以其獨(dú)特的施工工藝特點(diǎn)和較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性，越來越受到建設(shè)和施工單位的重視。城市地鐵盾構(gòu)隧道工程

3、是在巖石土體內(nèi)部進(jìn)行的，無論其埋深大小，隧道開挖的各種施工將不可避免地?cái)_動(dòng)地下巖土體，破壞了原有的平衡狀態(tài)，而向新的平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)化，故而引起地表沉降和變形。同時(shí)在軟土地層中采用盾構(gòu)法施工，會引起地層移動(dòng)而導(dǎo)致不同程度的沉降和位移。因此有必要對盾構(gòu)法施工引起地層移動(dòng)的規(guī)律進(jìn)行深入的研究，盡量準(zhǔn)確地預(yù)測盾構(gòu)施工引起的地面沉降和對鄰近建筑物的影響程度，以便于在設(shè)計(jì)和施工中采取必要的減少地層移動(dòng)的措施，選擇最合理的施工技術(shù)，制定出完善的施工措施，確保施工對鄰近樓房、建筑物與地下管線等的影響降到最低。2盾構(gòu)施工對地層

4、及周邊建筑影響原因分析盾構(gòu)施工引起周圍地層地表沉降，鄰近建筑物受其影響將產(chǎn)生變形、沉降或變位，從而影響建筑物的使用。由于鄰近建筑物變形是由地層變形所引起的，因此只有控制好了地層的沉降和變形才能更好的控制對鄰近建筑物的影響。2.1地層變位產(chǎn)生的原因盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中，將會對引起周圍的土體的移動(dòng)，這些移動(dòng)是無法完全防止的。盾構(gòu)掘進(jìn)引發(fā)的地基變形的發(fā)生原因主要分為以下幾點(diǎn):(1)開挖面土水壓力不平衡導(dǎo)致開挖面失穩(wěn)；(2)盾構(gòu)掘進(jìn)對圍巖的擾動(dòng)；(3)盾尾空隙和壁后注漿的不足；(4)地下水位下降。由于漏水或降水引起

5、的地基沉降；(5)襯砌管片的變形和變位。當(dāng)襯砌管片從盾尾脫出后，會受到圍巖荷載作用而發(fā)生一些變形或變位，造成地基沉降，但這個(gè)沉降值一般比較小。2.2地層沉降的機(jī)理中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院《地鐵與輕軌》課程報(bào)告第6頁形成地面沉降的兩個(gè)最主要因素是：第一，由盾構(gòu)法施工引起的地層損失；第二，經(jīng)擾動(dòng)后的土顆粒再固結(jié)。地層損失是施工的原因引起的，而地層固結(jié)沉降是因?yàn)榭紫端畨毫ψ兓a(chǎn)生的。(1)地層損失地層損失為盾構(gòu)施工中實(shí)際挖除的土體體積與理論排土體積之差。隧道的挖掘土量常常大于根據(jù)隧道斷面面積計(jì)算的理論值。

6、這是由超挖或盾構(gòu)與襯砌間的間隙等問題產(chǎn)生的，這些空隙在軟粘土中會被周圍土壤及時(shí)填滿，引起地層運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生施工沉降(也稱瞬時(shí)沉降)。施工沉降的產(chǎn)生過程為：壓力——應(yīng)變——變形——位移——地面沉降。地層損失可分為以下三類：①正常地層損失。地層損失完全由施工現(xiàn)場的客觀條件造成。這種地面沉降是在實(shí)際施工中采用何種類型的盾構(gòu)都無法避免的。在均質(zhì)的地層中這種損失引起的地面沉降也比較均勻。正常地層沉降一般可以控制到一定限度，由此而引起的地層損失量與地面沉降槽體積也是相等的。②非正常地層損失。指的是由于盾構(gòu)施工過程中操作失

7、誤引起的地層損失。非正常地層損失引起的地面沉降有局部變化的特點(diǎn)，一般可以認(rèn)為非正常地層損失是正常的。③災(zāi)害性地層損失。當(dāng)盾構(gòu)施工中遇到水壓大、地層中的貯水或者透水性強(qiáng)的顆粒狀土的透鏡體時(shí)，盾構(gòu)開挖面可能發(fā)生突發(fā)性急劇流動(dòng)，甚至形成暴發(fā)性的崩塌，從而引起災(zāi)害性的地面沉降。(2)固結(jié)沉降固結(jié)沉降可分為主固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降。盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)會對地層產(chǎn)生擾動(dòng)，從而使盾構(gòu)隧道周圍地層產(chǎn)生正、負(fù)超孔隙水壓力，超孔隙水壓力消散會引起的土層壓密，從而出現(xiàn)主固結(jié)沉降。主固結(jié)沉降與土層厚度有系。當(dāng)土層越厚時(shí)，主固結(jié)沉降在總沉降的

8、中占比例越大。所以在深埋隧道施工過程中，施工沉降可能很小，但主固結(jié)沉降的值可能較大。次固結(jié)沉降是由于土層骨架蠕動(dòng)引起的剪切變形沉降。在孔隙比和靈敏度較大的軟塑和流塑性土層中，次固結(jié)沉降持續(xù)時(shí)間一般比較長。次固結(jié)沉降占總沉降的比例可達(dá)35%以上。盾構(gòu)法施工引起隧道周圍地表總沉降為施工沉降、主固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降之和。當(dāng)不考慮次固結(jié)沉降時(shí)，地表沉降應(yīng)為地層損失造成的施工沉降和由于地層擾動(dòng)引起的固結(jié)沉降之和。3地層沉降的發(fā)展過程分析